DE2040048A1

DE2040048A1 - Loaders for internal combustion engines

Info

Publication number: DE2040048A1
Application number: DE19702040048
Authority: DE
Inventors: Oldfield Thomas Alfred
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1970-08-12
Filing date: 1970-08-12
Publication date: 1972-02-17

Description

Lader für Brennkraftmaschinen. Loaders for internal combustion engines.

Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen, die mit einem abgasgetriebenen Turbokompressor für die Eintrittsluft ausgerüstet sind und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Diesel-Brennkraftmaschinen, in denen der Brennstoff, der in die Verbrennungsluft für jeden Zylinder eingespritzt wird, durch die Wärme gezündet wird, die durch die ICompression der Verbrennungsluft erzeugt wird.The invention relates to internal combustion engines with a exhaust gas-driven turbo compressors are equipped for the inlet air and in particular, but not exclusively, on diesel internal combustion engines in which the fuel, which is injected into the combustion air for each cylinder by the heat is ignited, which is generated by the compression of the combustion air.

Die Verwendung eines abgasgetriebenen Kompressors hat gegenüber einem. Turbokompressor, der von der Brennkraftmaschinenwelle angetrieben wird, den Vorteil, daß die herabsetzung der Kompressordrehzahl und damit die Herabsetzung der Druckaufladung begrenzt wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einer schweren Belastung abfällt. Dcr Lade druck konnte dennoch sehr merkbar unter diesen Betriebsbedingungen abfallen und auch dann, wenig die Brennkraftmaschine, obwohl sie mit nahezu maximaler Drehzahl betrieben wurde, unter einer leichten Last arbeitete und zwar aus dem Grund, weil in beiden Fallen die zur Verfügung stehende Abgasenergie geringer ist als dann, wenn die Brennkraftmaschine mit einer Drehzahl unter maximalen Leistungsbedingungen arbeitet. Weiterhin kann der furbokompressor keine keine Druckaufladung beim Andrehen der Brennkraftmaschine erzeugen, wenn praktisch eine Abgasenergie zur Verfügung steht, um den Turbokompressor anzutreiben. Es ist ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Anordnung für einen abgasge triebenen Turbokompressor zu schaffen, wobei es diese Anordnung bei einer dieser Bedingungen oder bei mehreren dieser Bedingungen ermöglicht, daß der zur Verfügung stehende jusgangsdruck und/oder eine andere Leistungsabgabe des Turbokompressors erhöht wird.The use of an exhaust gas powered compressor has over one. Turbo compressor, which is driven by the engine shaft, has the advantage of that the lowering of the compressor speed and thus the lowering of the pressure charge is limited when the speed of the internal combustion engine, especially at a heavy load drops. The loading pressure could still be very noticeable among these Operating conditions drop and even then, little the internal combustion engine, though it was operated at almost maximum speed, worked under a light load for the reason that in both cases the available exhaust gas energy is less than when the internal combustion engine is at a speed below maximum Performance conditions works. Furthermore, the turbo compressor cannot do any no Generate pressure charging when starting the internal combustion engine, if practically one Exhaust energy is available to drive the turbo compressor. It is a The aim of the invention is an improved arrangement for an exhaust gas driven turbo compressor to create, with this arrangement in one of these conditions or in several these conditions enables the available initial pressure and / or another power output of the turbo compressor is increased.

Gemäß der Erfindung ist im weitesten Sinn einem abgasgetriebenen Turbokompressor eineVerbrennungskammer zugeordnet, die mit einer Crennst o ffe inspritzung und einer Zündung ausgerüstet ist, wobei diese Brennstoffkammer einen Lufteinlaßverbindungsabschnitt aufweist, der von. Druckluft ausgang des Turbokompressors aus gespeist wird und wobei diese Verbrennungskammer eine Auslaßverbindung aufweist, die zum Einlaß der Abgasturbine führt, die den Turbokompressor antreibt Vorzugsweise können Andrehen richtungen für den Turbokompressor zusätzlich vorgesehen sein, die es ermöglichen, daß der Turbokompressor auf eine ausreichende Drehzahl beschleunigt werden kann, um den erforderlichen Luftdruck für den Betrieb der Verbrennungskammer zur Verfügung zu stellen, um einen sich selbst aufrecht erhaltenden Betrieb des Turbokompressors und der zugeordneten Verbrennungskammer auszulösen und zwar unter Verwendung von Brennstoff, der in die Verbrennungskaner eingespritzt wird und zwar unabhängig davon, daß Abgase von der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehen, wobei die Brennstoffeinspritzung unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine arbeiten kann, wodurch es möglich ist, daß Eintrittslutt mit der gevünscllten Vorkompression für die Brennkraftmaschine zur Verfügung steht und zwar von dem Moment an, in dem die Drennkraftmasohine angedreht wird.According to the invention, in the broadest sense, is an exhaust gas-driven turbo compressor a combustion chamber is assigned, which is equipped with a fuel injection and a Ignition is equipped, this fuel chamber having an air inlet connecting portion has that of. Compressed air output of the turbo compressor is fed from and said combustion chamber having an outlet connection leading to the inlet of the Exhaust gas turbine leads, which drives the turbo compressor. Preferably, can crank directions for the turbo compressor may also be provided, which make it possible to that the turbo compressor can be accelerated to a sufficient speed, to provide the air pressure required to operate the combustion chamber to provide a self-sustaining operation of the turbo compressor and trigger the associated combustion chamber using Fuel that is injected into the combustion caners regardless of whether that exhaust gases from the internal combustion engine are available, the fuel injection can work independently of the operation of the internal combustion engine, making it possible is that inlet air with the gevünscllten pre-compression for the internal combustion engine is available from the moment the Drennkraftmasohine is turned on will.

Neben Neben der Möglichkeit, daß die erfindungsgemäße Anordnung während des Andrehens der Brennkraftmaschine verwendet wird, wenn diese Anordnung mit einer Primärtarteinriclltung für den Turbokompressor ausgelegt ist, kann die erfindungsgemäße Anordnung unabhängig von der Anordnung einer derartigen Primärandreheinrichtung auch verwendet werden, um die Energie der Abgase der Brennkraftmaschine zu ergänzen, die der Turbokompressorturbine zugeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine mit verhältnismäßig geringen Drehzahlen läuft. Dies ermöglicht, daß ein Betrieb mit voller Drehzahl des Turboladers durchgeführt werden kann und dadurch kann auch bei geringen Brennkraftmaschinendrehzahlen die Luft voll vorkomprimiert werden. Ganz allgemein gesprochen, ermöglicht dies, daß die Vorkomprimierung der Luft unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgen kann. ine derartige Anordnung erhöht ganz erheblich das Drehmoment, das von der Brennkraftmaschine bei derartige geringen Drehzahlen abgegeben werden kann. Next to In addition to the possibility that the invention Arrangement is used during the cranking of the internal combustion engine, if this The arrangement is designed with a primary device for the turbo compressor, the arrangement according to the invention can be independent of the arrangement of such Primary turning device can also be used to power the exhaust gases from the internal combustion engine to supplement, which is fed to the turbo compressor turbine when the internal combustion engine runs at relatively low speeds. This enables an operation can be carried out at full speed of the turbocharger and thereby also can at low engine speeds, the air can be fully pre-compressed. Generally speaking, this allows the pre-compression of the air to be independent can take place from the speed of the internal combustion engine. Such an arrangement increases the torque generated by the internal combustion engine at such a low level is quite considerable Speeds can be delivered.

Wenn die Brennkraftmaschine mit voller Drehzahl unter einer verhältnismäßig geringen Belastung läuft, so fiel bisher die Drehzahl des Turbokompressors ab und dies führte zu einer Verringerung des Kompressionsverhältni s se s, mit dem Luft den Brennkraftmaschinenzylindern zugeführt wurde und zwar deshalb, weil die geringe Brennstoffmenge, die jeder Zylinderluftbeschickung beim Lauf mit geringem Drehmoment eingespritzt wird, zu einer Verringerung der Temperatur führt und dies führt zu einer Verminderung der Energie der Abgase, die der Turboladerturbine zugeführt werden. Unter diesen Bedingungen steht dadurch, daß die Massenströmung der Luft iu die Brennkraftmaschine eine Funktion der Maschinendrehzahl ist und zwar im wesentlichen unabhangig von deren Belastung, so daß die Luftaufnahme der Brennkraftmaschine maximal ist, nur sehr wenig Luft vom Turbokompressor zur zur Verfügung ----, um die Brennkammer zu speisen, um einen zusatzlichen Antrieb für den Turbolader zu erzeugen. Unter diesen Umständen wird durch die geringe Brennstoffmenge, die in der Brennkrafti:jaschine bei jedem Zylinderhub verbrannt wird, ein verhältnismäßig großer Luftüberschuß erzeugt und dieser steht in den Abgasen zur Verfügung und gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird diese überschüssige Luft vevendet, um zusätzlichen Brennstoff zu verbrennen und dadurch wird die Energie der Abgase, die dem Turbolader zugeführt werden, erhöht. Dies wird dadurch erreicht, daß die erfinduiigsgeinäße Verbrennungskammer derart ausgebildet wird, daß diese durch die Abgase der Brennkraftmaseine durchsetzt wird und dies stellt eine Vollendung der Verbrennung irgendwelcher Teilchen des eingespritzten Brennstoffs sicher, wobei für diese Verbrennung anfänglich die Luft, die der Brenn1zammer vom Kompressorauslaß zugeführt wird, nicht ausreichen würde.When the internal combustion engine is at full speed below a relatively low load runs, so the speed of the turbo compressor fell and this led to a reduction in the compression ratio with the air was supplied to the engine cylinders because the low Amount of fuel used by each cylinder air charge when running at low torque is injected, leads to a decrease in temperature and this leads to a reduction in the energy of the exhaust gases supplied to the turbocharger turbine. Under these conditions there is the fact that the mass flow of air iu the internal combustion engine is a function of the engine speed and is essentially independent of their load, so that the air intake of the internal combustion engine is maximum, only very little air from the turbo compressor to the available ---- to the To feed the combustion chamber in order to generate an additional drive for the turbocharger. Under these circumstances, the small amount of fuel in the internal combustion engine is burned with each cylinder stroke, a relatively large excess of air is generated and this is available in the exhaust gases and according to a preferred feature According to the invention, this excess air is used to generate additional fuel to burn and this causes the energy of the exhaust gases to be fed to the turbocharger are increased. This is achieved in that the combustion chamber according to the invention is designed such that it is penetrated by the exhaust gases from the internal combustion engine will and this represents a completion of the combustion of any particles of the injected fuel, whereby for this combustion initially the air, which is fed to the combustion chamber from the compressor outlet would not be sufficient.

Vorzugsweise ist iii diesem Fall die Verbrennungskammer so ausgebildet, daß diese einen Eintrittsabschnitt aufeist, dei Luft vom Turboladertozpressor zugeführt wird, wobei dieser Eintrittsabschnitt auch mit der Brennstoffeinspritzung und mit der Zündung ausgerüstet ist, so daß die Verbrennung des eingespritzen Brennstoffs bei Fehlen von Verbrennungsprodukten eingeleitet werden kann. Dieser Eintrittsabschnitt geht dann in einen weiteren Abschnitt über, durch den hindurch die Abgase der Brennkraftmaschine sich zum Turbineneinlaß bewegen, wobei sich die Verbrennungsflamme vom Eintrittsabschnitt der VerbrennungskaIiimer in diesen anschließenden Abschnitt hinein erstreckt, wenigstens dann, wenn Sauerstoff in den Abgasen vorhanden ist, der zur Vollendung der Verbrennung des Brennstoffs dient, der in die Brennkammer eingespritzt wird.In this case, the combustion chamber is preferably designed in such a way that that this opens an inlet section, which air is supplied from the turbocharger pressor is, with this inlet section also with the fuel injection and with the ignition is equipped so that the combustion of the injected fuel can be initiated in the absence of combustion products. This entry section then goes into a further section through which the exhaust gases from the internal combustion engine move to the turbine inlet with the combustion flame moving from the inlet section the combustion chamber extends into this adjoining section, at least when oxygen is present in the exhaust gases, it is necessary to complete the combustion of the fuel that is injected into the combustion chamber.

Die Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden, wobei in diesen Figuren zwei Brennkraftmaschinen dargestellt sind, die mit zwei Ausfülirungsformen der Erfindung ausgerüstet sind. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Endansicht und ein Flußdiagramm einer Brennkraftmaschine, die mit einer Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist, bei der die Verbrennungskammer vollständig in einer Bypass-Leitung vom ICompressor-auslaß zur Brennkraftmaschinenabgasleitung angeordnet ist und Fig. 2 eine ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform, bei der die Verbrennungskammer derart angeordnet ist, daß diese durch die Strömung der Abgase der Brennkraftmaschine durchsetzt wird.the The invention is intended in the following description will be explained with reference to the figures of the drawing, in which Figures two internal combustion engines are shown with two Ausfülirungsformen of the invention are equipped. 1 shows a schematic end view and FIG Fig. 3 is a flow diagram of an internal combustion engine that incorporates an embodiment of the invention is equipped in which the combustion chamber is completely in a bypass line is arranged from the ICompressor outlet to the internal combustion engine exhaust line and Fig. Figure 2 is a similar view of another embodiment in which the combustion chamber is arranged such that it is affected by the flow of the exhaust gases from the internal combustion engine is enforced.

Es sei zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Brennkraftmaschine ist ein Diesel-Motor l, der mit einer elektrisehen Andreh- und Genoratoreinheit 2 ausgerüstet ist.Reference is first made to FIG. 1. The internal combustion engine is a diesel engine 1 equipped with an electric start-up and generator unit 2 is.

Verbrennungsluft wird von einem Lufteinlaß 4 der Brennkraftmaschine iiber eine Lufteinlaßleitung 3 zugeführt, die zu einem £tinlaßverteiler 3a führt. Die Verbrennungsluft wird durch einen Kompressorabschnitt 5 hindurchgeführt und dort komprimiert. Der Kompressorabschnitt 5 ist ein Teil eines Turboladers, der von einer Turbine 6 angetrieben wird Diescr Turbine 6 werden Abgase, die in einer Abgasverteilerleitung ob des Diesel-Motors l gesammelt werden, zugeführt und zwar über eine Abgasleitung 7.Combustion air is supplied from an air inlet 4 of the internal combustion engine via an air inlet line 3 which leads to an inlet manifold 3a. The combustion air is passed through a compressor section 5 and compressed there. The compressor section 5 is a part of a turbocharger that from a turbine 6 is driven diescr turbine 6 are exhaust gases in a Exhaust manifold whether the diesel engine l are collected, supplied and that via an exhaust pipe 7.

Nachdem die Abgase weitere Luergie in der Turbine 6 abgegeben haben, werden die Abgase durch einenAbgasauslaß 8 abgegeben. Dieser Auslaß kann die Abgase direkt abgeben oder über einen Wärmeaustauscher, der symbolisch bei 26 dargestellt dargestellt ist. dieser Wärmeaustauscher ist derart angeordnet und ausgebildet, daß dieser Wärme von den Abgasen aufnimmt, um die Eingangsluft zu erhitzen, die vom IKompressorabschnitt 5 des Turboladers kommt. Eine elektrische Batterie 10 ist vorgesehen und arbeitet mit der Andrehen und Generatoreinheit 2 zusammen, wobei eine Verbindung über eine Andrehsteuereinheit 11 erfolgt.After the exhaust gases have given off more luergy in the turbine 6, the exhaust gases are discharged through an exhaust outlet 8. This outlet can be the exhaust gases release directly or via a heat exchanger, which is shown symbolically at 26 shown is. this heat exchanger is arranged and designed so that this heat of the exhaust gases to heat the inlet air coming from the I compressor section 5 of the turbocharger comes. An electric battery 10 is provided and operates with the turning and generator unit 2 together, with a connection via a Start-up control unit 11 takes place.

Damit die Betriebsgaszuspeisung der Turboladerturbine 6 vom Abgassammelrohr 2b der Diesel-Maschine 11 durch eine andere Quelle ersetzt oder erganzt werden kann, ist die Abgasleitung 7 mit dem Auslaß einer Verbrennungskammer 13 verbunden, die in einer Bypass-Leitung 12 angeordnet ist.So that the operating gas feed of the turbocharger turbine 6 from the exhaust manifold 2b of the diesel engine 11 can be replaced or supplemented by another source, the exhaust pipe 7 is connected to the outlet of a combustion chamber 13, the is arranged in a bypass line 12.

Diese Bypass-Leitung führt von der Eintrittsluftleitung 3 zwischen dem Auslaß des Turboladerkompessors 5 und der Einlaßverteilerleitung 2a des Diesel-Motors l zur Abgasleitung 7 und zwar stromauf von der Turboladerturbine 6.This bypass line leads from the inlet air line 3 between the outlet of the turbocharger compressor 5 and the inlet manifold 2a of the diesel engine 1 to the exhaust line 7, specifically upstream of the turbocharger turbine 6.

Die Brennkammer 13 weist eine Einspritzdüse 14 auf, der Brennstoff von einer Brennstoffpumpe 15 zugeführt wird, welche vom Turbolader 5, 6 angetrieben wird. Die Brennstoffzufuhr erfolgt unter der Steuerung eines Steuerschiebers 16. Diese Steuerschiebereinheit weist einen Solenoidschieber auf, der elektrisch von der Andrehsteuereinneit 11 gesteuert werden kann und zwar beispielsweise gemäß einem Dreilzalllsignal des Turboladers.The combustion chamber 13 has an injection nozzle 14, the fuel is supplied by a fuel pump 15 which is driven by the turbocharger 5, 6 will. The fuel supply takes place under the control of a control slide 16. This spool valve unit has a solenoid valve that is electrically operated by the Andrehsteuereinneit 11 can be controlled, for example according to a Three-point signal of the turbocharger.

Zusätzlich ist die Brennkammer 13 mit einer elektrischen Ziindvorrichtung 17 ausgerüstet, mit der der Brennstoff, der durch die Düse 14 eingespritzt wird, gezündet werden kann. Diese Zündvorrichtung kann in ähnlicher Weise von der Andreh-Steuereinheit il gesteuert werden und diese Einheit ist vorzugsweise auch derart ausgelegt, daß diese automatisch die Brennstoffspeiserate zur Verbrennungskammer 13 steuert, um die Temperatur der Verbrennungs gase auf ein zulässiges Maximum zu beschränken, beispielsweise auf einen mert von 950 K und um andererseits die die Turbeladerdrehzahl auf ein Sicherheitsmaximum zu begrenzen. Schließlich ist die Turboladereinheit 5, 6 mit einer kombinierten Elektromotor/Generatoreinheit 18 kombinicrt, die derart durch die Andreh-Steuereinheit ii gesteuert ist, daß bei Beginn des Andrehen diese Einheit 18 mit einem Strom aus der Batterie 10 gespeist wird, so daß diese EinIit als Motor arbeitet, der die Turboladereinheit dreht. Die Eiiilieit 18 ist ferner derart ausgelegt, dan diese einen Ladestrom der Batterie 10 zuführt und/oder den Strom ergänzt, der von der Batterie 10 abgegeben wird und zwar, sobald als eine ausreichende Antriebsleistung für die Turbine 6 durch die Brennkammer 13 zur Verfügung gestellt wird.In addition, the combustion chamber 13 is provided with an electric ignition device 17 equipped with which the fuel that is injected through the nozzle 14, can be ignited. This ignition device can be controlled in a similar manner by the cranking control unit il are controlled and this unit is preferably also designed such that this automatically controls the fuel feed rate to the combustion chamber 13 to limit the temperature of the combustion gases to a permissible maximum, for example to a mert of 950 K and on the other hand to the the To limit the turbo charger speed to a safety maximum. After all, that is Turbocharger unit 5, 6 combined with a combined electric motor / generator unit 18, which is controlled by the cranking control unit ii that at the start of cranking this unit 18 is fed with a current from the battery 10, so that this One works as a motor that rotates the turbocharger unit. The Eiiilieit 18 is also designed in such a way that it supplies a charging current to the battery 10 and / or supplements the current delivered by the battery 10 as soon as one sufficient drive power for the turbine 6 through the combustion chamber 13 is available is provided.

Um zu verhindern, daß während des Andrehens der Rückdruck in der Brennkraftmaschine 1 auf einen Druck ansteigt, der dem entspricht, der der Turbokompressorturbine 6 zugeführt wird, ist vorzugsweise die Abgasleitung 7, die vom Abgasverteiler 2b kommt, mit einem Schnellablaßschieber ausgerüstet, der als Solenoidschieber 34 dargestellt ist. Wenn dieser Schieber unter der Steuerung der Andreh-Steuereinheit 11 erregt wird, so nimmt dieser die Stellung ein, die i Fig. i gestrichelt dargestellt ist, in der die Abgasleitung 7 zur Atmosphäre hin entlüftet ist und zwar vorzugsweise über die Ablaßöffnung 8.To prevent the back pressure in the internal combustion engine during cranking 1 increases to a pressure which corresponds to that of the turbo compressor turbine 6 is supplied, is preferably the exhaust pipe 7, which comes from the exhaust manifold 2b, equipped with a rapid drain valve, shown as solenoid valve 34 is. When this slide energizes under the control of the cranking control unit 11 is, it takes the position that is shown in dashed lines i Fig. i, in which the exhaust pipe 7 is vented to the atmosphere, preferably via the drain opening 8.

Dadurch wird die Turbine 6 umgangen und die Leitung 7 ist gleichzeitig durch den Schnellablaßschieber von der Einlaßseite der Turbine 6 und von der Leitung 12 getrennt, die die Brennkammer 13 auiveist. Die Start-Steuereinheit 11 läßt dann den Solenoidschieber 34 abfallen, was bewirkt, daß dieser wieder die Stellung einnimmt, die in voll ausgezeichnete Linie dargestellt ist und zwar sobald als die Verbrennungsgase der Brennkraftmaschine die Abgasleitung 7 erreichen.This bypasses the turbine 6 and the line 7 is at the same time through the drain valve from the inlet side of the turbine 6 and from the conduit 12 separated, which the combustion chamber 13 auiveist. The start control unit 11 can then the solenoid slide 34 fall, causing it to resume the position which is shown in the fully drawn line as soon as the combustion gases reach the exhaust pipe 7 of the internal combustion engine.

Um Um die Brennkraftmaschineneinlaßleitung 3 und die Abgasleitung 7 während des normalen Betriebs des Diesel-Motors voneinander zu trennen, kann ein Schieber 19 in die Leitullo 12 c einge schaltet sein, welche die Verbrennungskammer 13 aufweist. Dieser Schieber 19 kann für eine manuelle Betätigung eingerichtet sein oder dieser Schieber kann derart ausgebildet sein, daß dieser automatisch betätigt wird, beispielsweise durch die Andreh-Steuereinheit 11.Around To the engine inlet pipe 3 and the To separate exhaust pipe 7 from each other during normal operation of the diesel engine, a slide 19 can be switched into the Leitullo 12 c, which is the combustion chamber 13 has. This slide 19 can be set up for manual actuation or this slide can be designed in such a way that it is actuated automatically is, for example, by the cranking control unit 11.

Die Steuerung erfolgt derart, daß dieser Schieber lediglicii solange offen ist, als Brennstoff der Einspritzdüse 14 zugeführt wird Es ist zu erkennen, daß die Turboladereinheit 5, 6 nicht nur während des Andrehens des Diesel-Motors in Betrieb ist, sondern auch während der gesamten Laufzeit dieser Brennkraftmaschine. Aus diesem Grund macht die Anordnung der Motor/Generatoreinheit 18, die von der Turboladerturbine ß angetrieben wird, es in manchen Fällen nicht erforderlich, einen Elektrogenerator vorzusehen, der vom Diesel-Motor selbst angetrieben wird. Deshalb kann die Andreheinheit 2 für den Diesel-Motor selbst vereinfacht werden, da diese Einheit nicht derart ausgelegt werden muß, damit sie elektrischen Strom erzeugt, um die Batterie 10 aufzuladen oder derart ausgelegt ist, daß diese Einheit mit Einrichtungen ausgerüstet wird, um elektrischon Strom zur Aufladung der Batterie 10 zu erzeugen.The control takes place in such a way that this slide is only as long is open when fuel is supplied to the injection nozzle 14 It can be seen that the turbocharger unit 5, 6 not only during the cranking of the diesel engine is in operation, but also during the entire life of this internal combustion engine. For this reason, the arrangement of the motor / generator unit 18 made by the Turbocharger turbine ß is driven, it is not necessary in some cases to have a Provide an electric generator that is driven by the diesel engine itself. That's why the starting unit 2 for the diesel engine itself can be simplified because this The unit need not be designed in such a way that it generates electrical power, to charge the battery 10 or is designed so that this unit with facilities is equipped to generate electrical power to charge the battery 10.

Wenn der Turbolader betätigt wird, um den Diesel-Motor vor dessen Andrehen zu erwärmen und wenn der Turbolader betätigt wird, nachdem der Disel-Motor angedreht ist, steht dieser Turbelader auch als Xrnftquelle zur Betätigung von Hilfsmaschinen zur Verfügung.When the turbocharger is activated, the diesel engine stops before it Cranking up to heat up and when the turbocharger is operated after the Disel engine is turned on, this turbocharger is also available as a source for operating auxiliary machines to disposal.

Die Abgase der Turboladerturbine 6 können ebenfalls direkt oder in eine: Wärmeaustauscher verwendet werden, um, falls erforderlichen, die Luft zu erwärmen, die einem Luft- Luftdrucksystem oder Klimasystem 26 zugeführt wird.The exhaust gases from the turbocharger turbine 6 can also be used directly or in a: heat exchangers are used to heat the air, if necessary, the one air Air pressure system or air conditioning system 26 is supplied.

Frischluft wird dem System durch ein zweites Turbogebläse 25 zugeführt, welches ebenfalls von der Turbine 6 des Turboladers 6, 5 angetrieben wird0 Bei dem iii Fig. 2 dargestellten jtusfiihrungsbeispiel werden diejenigen Teile, deren Funktionsweise gegenüber der Fig. l sich nicht verändert haben, dadurch die gleichen Bezug.szeiehen gekennzeichnet, so daß es ausreichend ist, diejenigen Teile zu beschrieben, deren Funktionsweise abgeändert wurde. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen besteht darin, daß die Verbrennungskammer 13 des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, die vollständig in der Bypass-Leitung 12 angeordnet ist, durch eine abgeänderte Verbrennungskammer 23 ersetzt wurde, wobei bei dieser Verbrennungskammer ein Eintrittsabschnitt, der die Brennstoffeinspritzdüse 14 und die Zündeinrichtung 17 aufweist, den Endabschnitt der Bypass-Leitung 12 bildet, während der restliche Teil der Verbrennungskammer 23 einen Abschnitt der Abgasleitung 7 bildet, die von der Abgasverteilerleitung 2a des Diesel-Motors zum Einlaß der Turbokompressorturbine 6 führt.Fresh air is supplied to the system by a second turbo blower 25, which is also driven by the turbine 6 of the turbocharger 6, 5 iii Fig. 2 illustrated jtusfiihrungsbeispiel those parts, their functionality have not changed compared to Fig. 1, so the same reference so that it is sufficient to describe those parts whose Functionality has been changed. The main difference between the two embodiments is that the combustion chamber 13 of the embodiment shown in Fig. 1, which is arranged completely in the bypass line 12, by a modified one Combustion chamber 23 was replaced, with this combustion chamber having an inlet section, which has the fuel injection nozzle 14 and the ignition device 17, the end portion the bypass line 12 forms, while the remaining part of the combustion chamber 23 forms a section of the exhaust pipe 7 leading from the exhaust manifold 2a of the diesel engine leads to the inlet of the turbo compressor turbine 6.

Die Abgase, die aus der Diesel-Motoraustrittsverteilerleitung 2b austreten, durchqueren den zuletzt benannten Abschnitt der Verbrennungskammer. Wenn dieser Aufbau unter Betriebsbedingungen arbeitet, in denen die Luft @enge, die die Verbrennungskammer 23 über die Bypass-Leitung 12 erreicht, nicht ausreichend ist, un die Verbrennung des Brennstoffs, der durch die Düse 14 eingespritzt wird, zu der Zeit zu vervollständigen, wenn die Austrittsgase, die aus der Abgasverteilerleitung 2b stammen, einen relativ großen Sauerstoffrestgehalt haben, wie es der Fall ist, wenn die Brennkraftmaschine unter einer leichten Belastung läuft, so daß lediglich eine geringe Brennstoffmenge in jede Zylindereintrittsluftmenge eingespritzt spritzt wird. Die Zuführung dieser Abgase heilt die Temperatur in der Verbrennungskammer innerhalb annehmbarer Grenzen uiid cler Sauerstoffgehalt der zuletzt genannten Gase stcllt eine e vollständige Verbrennung des Brennstoffs sicher, der durch die Düse 14 eingespritzt wird. Diese Wirkungsweise kann ausgenützt werden und zwar nicht nur, um bei geringen Brennkraftmaschinenbelastungen eine Verminderung des Aufladeverhältnisses des Turbokompressors 5 zu verhindern, sondern auch, falls es gewünscht ist, die Verfügbarkeit der elektrischen Energie vom Motorgenerator 18 sicherzustellen und zwar als Antriebsleistung für Hilfsmaschinen.The exhaust gases emerging from the diesel engine outlet manifold 2b, traverse the last named section of the combustion chamber. If this Construction works under operating conditions in which the air @tightness that the combustion chamber 23 reached via the bypass line 12 is not sufficient un the combustion to complete the fuel injected through the nozzle 14 at the time when the exhaust gases coming from the exhaust manifold 2b are relative have large residual oxygen content, as is the case with the internal combustion engine runs under a light load, leaving only a small amount of fuel injected into each cylinder inlet air volume is splashed. the Feeding these exhaust gases heals the temperature in the combustion chamber within acceptable limits and the oxygen content of the last-mentioned gases Complete combustion of the fuel injected through the nozzle 14 is assured will. This mode of action can be exploited, and not only for low Internal combustion engine loads result in a reduction in the supercharging ratio of the turbo compressor 5, but also, if desired, the availability of the electrical To ensure energy from the motor generator 18 as drive power for Auxiliary machines.

Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf all die Merkmale begreiizt ist, die unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert wurden und daß beispielsweise ein Behälter, ähnlich wie der Behälter 31 iii Fig. 1, bei dem in Fig .2 dargestellten Ausführungsbeispiel venvendet werden kann. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß einem durch Abgase getriebenen Turbolader für die Einlaßluft einer Brennkraftmaschine eine Bypass-Leitung hinzugefügt wird, die es ermöglicht, daß ein gewisser Anteil der Kompressoraustrittsluft zum Einlaß der Gasturbine hin abgeteilt wird uiid zwar in Verbindung mit Einrichtungen, um diese Bypass-Luft ftir die Verbrennung eines zusätzlichen Brennstoffs zu verwenden, um die Betriebsdrehzahl des Turboladers zu erhitzen oder um einen Abfall dieser Betriebsdrehzahl zu verhindern und zwar zumindest unter bestimmten Betriebsbedingungen. Diese Kombination von Merkmalen ermöglicht es, daß, vergleichen mit Brennkraftmaschinen, die durch Abgase getriebene Lader der bisher bekannten Bauart aufweise, die Luftmasse pro Hub der Brennkraftmaschine erhöht wird und daß deshalb mehr Brennstoff in der Maschine verbrannt wird und dies kann verwendet verwendet werden, um eine größere abnehmbare Leistung an der Turbeladerwelle zur Verfügung zu haben und zwar für andere Zwecke. Dieser Aufbau ermöglicht auch, daß der Turbolader als Zusatzantriebs- oder Leistungseinheit verwendet werden kann und zwar auch dann, wenn die Brennkraftmaschine still steht. Die Erfindung ermöglicht auch, das die Gestaltung der Brennkraftmaschine geändert werden kann. In einer üblichen Turbolader-Brennkraftmaschine ändert sich der Bereich der Kompressionsverhältnisse von einem Minimum beim Stillstand der Maschine bis zu einem Maximum, so daß das Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschine selbst so gewählt werden muß, damit es nöglich ist, daß die Brennkraftmaschine mit einer Ixorlpression angedreht werden kann, die eta so gering ist wie beim Ansaugkompressionsverhältnis. Durch die Erfindung ist es möglich, daß das Kompressionsverhältnis im wesentlichen konstant gehalten wird. Bei Brennkraftmaschinen mit Kompressionszündung ist die Erreichung der Selbstzündtemperatur gegenüber der Umgebungstemperatur und der Andrehdrehzahl sehr empfindlich und der Einfluß dieser Einwirkungen wird durch die vorliegende Erfindung ganz erheblich herabgesetzt.It should be noted that the invention is not limited to all of the features which have been explained with reference to the figures and that, for example a container, similar to the container 31 iii FIG. 1, in the one shown in FIG Embodiment can be used. The invention consists essentially in that an exhaust gas driven turbocharger for the intake air of an internal combustion engine a bypass line is added which allows some proportion the compressor outlet air to the inlet of the gas turbine is divided uiid in conjunction with facilities to bypass this air for the combustion of a to use additional fuel to increase the operating speed of the turbocharger heat or to prevent a drop in this operating speed, at least under certain operating conditions. This combination of features makes it possible it is that, compare with internal combustion engines, the exhaust-driven turbochargers of the previously known type, the air mass per stroke of the internal combustion engine is increased and that therefore more fuel is burned in the engine and this can be used used to provide greater detachable power available on the turbocharger shaft for other purposes. This Construction also allows the turbocharger to be used as an auxiliary drive or power unit can be used, even when the internal combustion engine is at a standstill. The invention also enables the design of the internal combustion engine to be changed can be. In a conventional turbocharged internal combustion engine, the range changes the compression ratios from a minimum when the machine is at a standstill to to a maximum, so that the compression ratio of the internal combustion engine itself must be chosen so that it is possible that the internal combustion engine with a Ixorlpression can be turned on, which is as low as the intake compression ratio. With the invention it is possible that the compression ratio is substantially is kept constant. In internal combustion engines with compression ignition, the Reaching the auto-ignition temperature compared to the ambient temperature and the starting speed very sensitive and the influence of these influences is through the present Invention significantly reduced.

Wenn eine Brennkraftmaschine, die mit einem Turboladersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung alisge rüstet ist, angedreht wird, so kann der Turbolader selbst vor der Brennkraftmaschine durch irgendeine Form einer aufgespeicherten Energie angedreht werden und dann kann dieser Turbolader verwendet werden, um als eine große %uelle einer gespeicherten Energie verwendet zu werden, um anselil ießend die Brennkraftmaschine anzudrehen oder um anschließend andere Arbeiten durchzuführen.If an internal combustion engine that is equipped with a turbocharger system according to an embodiment of the invention is equipped alisge, is turned on, so the Turbocharger itself in front of the internal combustion engine by some form of accumulated Energy can be turned on and then this turbocharger can be used as a a large% of a stored energy to be used to ießend anselil to turn on the internal combustion engine or to then carry out other work.

Obwohl das Andrehen des Turbokompressors durch Hand durch geführt werden kann, wird vorzugsweise ein kraftbetätigtes Andreh- Äiidrehsystom verwendet. Das Andrehen erfolgt vorzugsweise auf elektrischem Wog, wie es beschrieben wurde und beispielsweise kann alternativ das Andrehen inder Weise erfolgen, wie es gestrichelt in Fig. i dargestellt ist. Es ist ein Druckbehälter 31 vorgesehen, der während des normalen Laufs der Brennkraftmaschine und des Turbokompressors durch den Turbokompressor über ein Rückschlagventil 32 aufgeladen wird. Durch Öffnung eines Solenoidschiebers unter der Steuerung, beispielsweise der hndreh-Stcuereinheit 11, kann diesem Druckbehälter eine Luftsträmung entnommen worden, um die Turbine G anzutreiben.Although the turbo compressor was started by hand can be, a power-operated cranking Aiidrehsystom used. The turning is preferably carried out using an electric wave, as described and, for example, alternatively, the turning can be done in the same way as it is shown in dashed lines in FIG. A pressure vessel 31 is provided, during normal running of the internal combustion engine and the turbo compressor the turbo compressor is charged via a check valve 32. Through opening a solenoid valve under the control, e.g. the one-turn control unit 11, an air flow can be taken from this pressure vessel to the turbine G to drive.

Durch die Schaffung eines hohen Go samtkompres sionsverliältnisses auch beim Andrehen des Diesel-Motors wird die Menge der erforderlichen Andreharbeit ebenfalls ganz erheblich herabgesetzt. Es wurde in der Praxis gefunden, das es möglich ist, die Brennkraftmaschine dadurch anzutreiben, daß diese lediglich durch einen Zylinder-Ansaug- und -Kompressionshub hindurchgedreht wird. Es wurde gefunden, daß es möglich ist, daß die Brennkraftmaschine Last aufnehmen kann und zwar unmittelbar, nachdem sie angedreht ist und zwar auch bei sehr geringen Umgebungstemperaturen.By creating a high total compression ratio even when starting the diesel engine, the amount of starting work required also reduced considerably. It has been found in practice that it is possible is to drive the internal combustion engine that this is only by one Cylinder intake and compression stroke is rotated through. It was found that it is possible that the internal combustion engine can absorb load directly, after it is turned on, even at very low ambient temperatures.

Bei bekannten, sehr gut durchentwickelten 250 PS-Diesel-Motoren wurde gefunden, daß eine Zeit van über 20 Minuten erforderlich ist, damit ein Ansprechen der Brennstoffdrossel bei einer Umgebungstemperatur von -26° C überhaupt stattfindet. Wenn die Turbokompressoreinheit beim erfindungsgemäßen System eine bestimmte Zeit vor dem Andrehen der Brennkraftmaschine laufengelassen wird, können die großen Mengen heißer Auslaßgase der Gasturbine des Turboladers vcrwendet werden, um die Umgebung der Brennkraftmaschine und die Maschine selbst zu erhitzen unddadurch wird ferner das eventuelle Andrehen der Brennkraftmaschine ganz erheblich erleichtert.With known, very well developed 250 HP diesel engines was found that a time in excess of 20 minutes is required for a response the fuel throttle takes place at an ambient temperature of -26 ° C. When the turbo compressor unit in the system according to the invention is allowed to run before the engine is started, the large quantities hot exhaust gases of the gas turbine of the turbocharger are used to the environment the internal combustion engine and the engine itself and thereby further the possible cranking of the internal combustion engine is made much easier.

Es Es wurden Untersuchungen mit einer Brennkraftmaschine durchgeführt, die vor Einbau des erfindungsgemäßen Systems eine Leistung von etwa 250 PS bei einer Drehzahl von 2 100 U/min abgabe Die Untersuchungen haben gezeigt, daß das Drehmoment, welches bei einer Drehzahl von 800 U/min zur Verfügung steht, durch die Erfindung um me11r als 80 % erhöht werden kann. Andererseits haben Rechnungen und Untersuchungen gezeigt, daß durch die Verminderung des Kompressionsverhältnisses der Brennkraftmaschine unter den Wert, der die Erreichung des erforderlichen minimalen Kompressionsverhältnisses zum Andrehen ohne'lader sicherstellt, die Soll-Leistung der Brennkraftmaschine iiber 25 ?/a hinaus verbessert werden kann, wobei gleichzeitig der Wirkungsgrad verbessert wird. Vcnn die Brennkraftmaschine beispielsweise in einem Fahrzeug eingebaut ist, ermöglicht es die Zur-verfügungstellung von Drehmomenten bei geringeren Brennkraftmaschinendrehzahlen, daß die Anzahl der Schalt schritte herabgesetzt wird und/oder daß erheblich kleinere Brennkraftmaschinen eine entsprechende Fahrzeugleistung erzeugen können.It There were investigations with an internal combustion engine carried out before the installation of the system according to the invention, a performance of about 250 HP output at a speed of 2 100 rpm The investigations have shown that the torque, which is available at a speed of 800 rpm, can be increased by more than 80% by the invention. On the other hand, have bills and studies have shown that by reducing the compression ratio the internal combustion engine below the value required to achieve the minimum required Compression ratio for turning without a loader ensures the target performance the internal combustion engine can be improved beyond 25? / a, while at the same time the efficiency is improved. Vcnn the internal combustion engine, for example in installed in a vehicle, it enables torque to be made available at lower engine speeds that the number of switching steps is reduced and / or that considerably smaller internal combustion engines have a corresponding Can generate vehicle power.

Untersuchungen und Berechnungen haben ebenfalls die Mög lichkeit einer wesentlichen Verbesserung der Brennkraft maschinenverbrennung gezeigt und es hat sich heraussgestellt, daß saubere Abgase bei der Brennkraftmaschinengrenztemperatur erzeugt werden.Investigations and calculations also have the option of a showed significant improvement in internal combustion engine combustion and it has found that clean exhaust gases at the engine limit temperature be generated.

Patent ansprüchePatent claims

Claims

P a t e n t a n s p r u c h e 1. Inlet pressure supercharging arrangement for Internal combustion engines, especially for diesel engines with a turbo compressor fiir the inlet air, the turbine of which is arranged and designed in such a way that this is driven by the exhaust gases of the internal combustion engine, characterized in that that the turbo compressor driven by exhaust gases is assigned a combustion chamber is equipped with fuel injection and ignition, that this combustion chamber has an air inlet port that is from the compressed Air outlet of the turbo compressor can be fed and that this combustion chamber has an outlet connection which leads to the inlet of the exhaust gas turbine, which the turbo compressor drives.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that the turbo compressor is equipped with turning devices that enable the turbo compressor Can be accelerated to a sufficient speed to achieve the required air pressure for the operation of the combustion chamber to produce one self upright maintaining operation of the turbo compressor and the associated combustion chamber maintained using the fuel that is in the fuel chamber is introduced regardless of the supply of exhaust gases from the internal combustion engine and that the fuel injection for the combustion chamber is designed so that the so can work independently of the operation of the internal combustion engine, so that inlet air with the desired pre-compression for the internal combustion engine from the moment is available in which the internal combustion engine is turned on.

3.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Combustion chamber is designed so that this through the exhaust gases from the internal combustion engine is enforced.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the combustion chamber is constructed so that it has an inlet portion, the air from the turbocharger compressor it is supplied that in this inlet section the fuel injection and the ignition is arranged and that this entry section into a further section passes through which the exhaust gases from the internal combustion engine to the turbine inlet stream.

5. Internal combustion engine, characterized in that it is with a Inlet pressure supercharger is equipped according to one of the preceding claims.